DE3437120A1 - Verfahren zum herstellen von halbleiterschichten auf halbleiterkoerpern oder zur eindiffusion von stoerstellen im halbleiterkoerper - Google Patents

Verfahren zum herstellen von halbleiterschichten auf halbleiterkoerpern oder zur eindiffusion von stoerstellen im halbleiterkoerper

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Description

Licentia Patent-Verwaitungs-G/m.b.H. 3437120 Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70
TELEFUNKEN electronic GmbH Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn
^ Heilbronn, den 03.10.1984
PTL-HN-Ma/sl HN 84/41/42/4
Verfahren zum Herstellen von Halbleiterschichten auf Halbleiterkörpern oder zur Eindiffusion von
Störstellen im Halbleiterkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patenanspruches 1. Bei der Abscheidung von epitaktischen Halbleiterschichten aus der Gasphase oder bei der Eindiffusion von Störstellen, beispielsweise aus Oberflächenschichten oder aus Adsorbaten an der
Oberfläche eines Halbleiterkörpers, tritt vielfach das Problem auf, daß Reaktionsprodukte entstehen, die in die Halbleiterschichten eingebaut werden und dort störende elektrische Eigenschaften der herzustellende Bauelemente hervorrufen. Dort, wo beispielsweise Adsorbate
als Störstellenquelle verwendet werden, behindern die
entstehende Spaltprodukte die notwendige Bildung weiterer Adsorbate, so daß nur begrenzte Störstellenkonzentrationen oder Eindringtiefen der Dotierstoffe erzielbar sind.
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Bei der epitaktischen Abscheidung von Siliziumschichten aus Chlorsilan hat sich der Einbau von Ghloratomen in die aufwachsende Siliziumschicht sehr störend erwiesen. Der Einbau von Chlor wird durch den relativ hohen Haft-
quozienten der Chlormoleküle an der Halbleiteroberfläche hervorgerufen. Diese Chlormoleküle entstehen bei
der Aufspaltung von Chlorsilan als unerwünschtes und abzuführendes Spaltprodukt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterschichten auf Halbleiterkörpern oder zur Eindiffusion von Störstellen in Halbleiterkörper aus Verbindungen anzugeben, bei dem die entstehenden Spaltprodukte keinen störenden Einfluß auf die Durchführung der Prozesse bzw. auf die elektrischen Eigenschaften der herzustellenden Bauelemente haben. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
So werden beispielsweise bei einem LASER-gesteuerten Diffusionsverfahren durch Plasmaanregung aktive Ionen erzeugt, die mit Spaltprodukten leicht flüchtige und gasförmige Verbindungen eingehen, so daß diese störenden Spaltprodukte rasch beseitigt werden. Bei den aktiven Ionen handelt es sich vorzugsweise um atomaren Wasserstoff, der neben der bereits erwähnten Plasmaanregung auch durch chemische Sekundärprozesse oder durch die Einstrahlung von Lichtquanten bestimmter Energie erzeugt werden kann.
Die Erfindung und ihre vorteilhafte Ausgestaltung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es ist bekannt, daß Chlorsilan zum epitaktischem Erzeugen einkristalliner Siliziumhalbleiterschichten insbesondere auf einkristallinem Siliziumhalbleitergrundkörpern verwendet werden kann. Hierbei wirkt sich störend aus, daß das verbleibende Spaltprodukt Chlor mit einer zu großen Störstellendichte in die epitaktischen Siliziumschichten eingebaut wird. Das störende Chlor kann
durch die Bildung von HCl abgeführt werden. Diese HCl-Bildung erfolgt jedoch in einer Wasserstoffatmosphäre zu langsam, da zunächst Wasserstoffmoleküle in zwei aktive Wasserstoffatome gespalten werden müssen. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß der Zersetzungsprozeß des Chlorsilans (SiCl7H9) in Silizium und HCl in einem Plasmaentladungsraum erfolgt. Das Substrat kann hierbei als eine Elektrode für das Entladungsvolumen verwendet werden. Durch die Plasmaentladung wird der bei der Zersetzung des Chlorsilans freiwerdende Wasserstoff bzw. ein Wasserstoffträgergas zumindest teilweise in atomaren aktiven Wasserstoff übergeführt, der mit dem freiwerdenen Chlor sich sehr rasch zu dem leicht flüchtigen HCl-Gas verbindet. Auf diese Weise konnte die Einbaurate von Chlor in eptiaktisch gewachsene Siliziumschichten erheblich reduziert werden.
Bei einem anderem bekannten Verfahren wird auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers eine extrem dünne, nur wenige Atomlagen dicke Adsorbat aufgebracht, die ein Störstellenmaterial enthält, daß in den Halbleiterkörper zur Erzeugung eines bestimmten Leitfähigkeitstyps und einer gewünschten Dotierung eingebaut werden soll. Dieses Adsorbat ist beispielsweise eine metallorganische Verbindung, die durch Lichteinwirkung gecrackt wird. Durch diesen Crackprozeß wird der Störstellenstoff frei, wobei jedoch unerwünschte Spaltprodukte, die abgeführt werden müssen, entstehen. Es besteht auch die Möglichkeit, aus Adsorbaten epitaktische Halbleiterschichten aufzuwachsen, bei dem nach jeden Crackprozeß ein neues Adsorbat auf der Halbleiteroberfläche
^5 hergestellt wird, so daß durch eine Vielzahl aufeinanderfolgender Crack- und Abscheidungsprozeße eine Schicht gewünschter Dicke erzeugt werden kann.
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Auch bei der Herstellung von epitaktischem Silizium aus Ghlorsilan bildet sich auf der Halbleiteroberfläche zunächst eine Adsorbatschicht aus Siliziumchlorid. Diese Siliziumchloridschicht kann durch Lichteinwirkung aufgebrochen werden, so daß das Silizium auf der Halbleiteroberfläche zurückbleibt und das entstehende Spaltprodukt Chlor durch die Verbindung mit dem zur Verfügung gestelltem atomaren Wasserstoff in HCL umgewandelt und abgeführt werden kann.
Zur Dotierung von Halbleiterkörpern aus III/V-Verbindüngen mit Zink wird beispielsweise auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats eine sehr dünne Schicht aus Diethylzink (Zn(C^Hr)?) aufgebracht, die durch die Einstrahlung von Laserlicht gecrackt wird. Hierzu wird auf die Halbleiteroberfläche ein Laserstrahl im Pulsbetrieb gelenkt, der an den Auftreffstellen die Diethylzinkschicht in Zink und C^Hr aufbricht, wobei das Zink in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Auf diese Weise können Halbleiterzonen mit einer Tiefe von ca. 50 nm
19 3 und einer Störstellenkonzentration von 3-10 Atome/cm erzeugt werden. Zu den während des Crackprozesses entstehenden C7H|--Radikalen muß noch ein aktiviertes Wasserstoffatom hinzutreten, um die rasche Abführung der entstehenden Kohlenstoffverbindungen sicherzustellen. Dieser aktive Wassterstoff kann wiederum durch die BiI-dung eines Wasserstoffplasmas erzeugt werden.
Bei der epitaktischen Abscheidung von Galliumarsenidschichten auf Halbleitersubstraten aus der Gasphase wird vielfach Trimethylgallium ((CH-),Ga) und Arsin (AsH,) verwendet. Bei den während des Epitaxieprozesses ablaufenden chemischen Umwandlungen entsteht CH3, das
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möglichst rasch zu CH. umgewandelt werden muß, um den Zerfall von CH- in Kohlenstoff und Wasserstoff zu vermeiden. Der Kohlenstoff würde sich in die entstehende Galliumarsenidschicht einbauen und dort in der Regel störend wirken. Um diesen Störeffekt zu vermeiden, wird widerum atomarer, aktiver Wasserstoff bereitgestellt, der sich mit dem während des Epitaxieprozesses freiwerdenden CH3 zum dem leicht flüchtigem CH4 umwandelt. Der atomare, aktive Wasserstoff kann wiederum im Wasserstoffplasma oder durch Zerlegen einer Wasserstoffverbindung mit Hilfe eines Laserstrahls oder einfallender Lichtquanten erzeugt werden. Atomarer Wasserstoff ergibt sich beispielsweise bei der Zerlegung von German (GeH.). Hierbei entsteht zunächst GeH und ein Wasserstoffatom. Das GeH wird sodann in Germanium und ein weiteres Wasserstoffatom zerlegt. Das Germanium dient beispielsweise bei der Erzeugung von Halbleiterschichten aus III/V-Verbindungen als Dotiermaterial, während der gleichzeitig hergestellte aktive Wasserstoff in dem bereits erwähnten Prozeß mit CH, eine Verbindung zu CH. eingeht.
Bei der Erhöhung der Reaktions- und Abdampffähigkeit von Spaltprodukten durch Zuführung von Lichtquanten soll deren Energie vorzugsweise über 1,8 eV liegen, da erst bei diesem Wellenlängenbereich genügend Energie zur Verfügung steht, um die Bindungen von Molekülen aufzubrechen und diese Moleküle in einen metastabilen Zustand überzuführen, bei dem eine Dissoziierung möglich ist.

Claims (7)

Licentia Patent-Verwaitungs-G .m.b .H. 3437120 Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70 TELEFUNKEN electronic GmbH Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn Heilbronn, den 03.10."1984 PTL-HN-Ma/sl HN 84/41/42/43 Patentansprüche
1) Verfahren zum Herstellen von Halbleiterschichten auf 1,. Halbleiterkörpern oder zur Eindiffusion von Störstellen
in Halbleiterkörper aus Verbindungen, wobei während des Prozesses abzuführende Spaltprodukte entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß durch Plasmaanregung oder durch Zuführung von Lichtquanten die Reaktionsfähigkeit be-7n stimmter Spaltprodukte erhöht wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem LASER-gesteuerten Diffusionsverfahren durch Plasmaanregung aktive Ionen erzeugt werden, durch
j- die Spaltprodukte in leicht flüchtige, gasförmige Verbindungen übergeführt werden.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim epitaktischen Abscheiden von Silizium - Halb-
,n leiterschichten aus der Gasphase durch Zersetzen von Chlorsilan aktiver Wasserstoff durch eine weitere Reaktion oder durch Erzeugen eines Wasserstoff-Plasmas bereitgestellt wird, der mit dem Chlor bzw. mit den entstehenden Chlorverbindungen eine leicht flüchtige, gasförmige Verbindung eingeht.
4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Halbleiteroberfläche ein den Dotierstoff enthaltendes Adsorbat aufgebracht wird, daß dieses Adsorbat stellenweise und kurzzeitig mit einem LASER-Strahl derart erhitzt wird, daß das Dotiermaterial freigesetzt wird und in den Halbleiterkörper eindringt, während weitere Spaltprodukte mit aktiviertem Wasserstoff eine gasförmige und leicht flüchtige Verbindung eingehen.
5) Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Eindiffusion von Zink aus Diethylzink
Halbleiterkörper aus III/V-Verbindungen.
6) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur epitaktischen Abscheidung von GaAs aus Trimethylgallium und Arsin, wobei aktivierter Wasserstoff zur Bildung von rasch flüchtigem CH. bereitgestellt wird.
7) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der eingestrahlten Lichtquanten zur Erhöhung der Reaktionsfähigkeit von Spältprodukten oberhalb von 1,8 eV liegt.
DE19843437120 1984-10-10 1984-10-10 Verfahren zum herstellen von halbleiterschichten auf halbleiterkoerpern oder zur eindiffusion von stoerstellen im halbleiterkoerper Ceased DE3437120A1 (de)

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